Ein 115 Millionen Jahre alter Dinosaurierknochen aus Brasilien enthält mineralisierte Strukturen, die ein Forschungsteam als rote Blutkörperchen deutet. Chemische Analysen fanden darin Häm, den eisenhaltigen Bestandteil des Blutfarbstoffs Hämoglobin. Der Fund wäre damit der bislang älteste molekulare Nachweis von Blutspuren in einem Dinosaurierfossil. Entscheidend ist jedoch, was von den ursprünglichen Zellen tatsächlich übrig blieb.
Der unscheinbare Beinknochen gehörte zu Aratasaurus museunacionali, einem kleinen zweibeinigen Raubsaurier aus der Kreidezeit. Kliti Grice von der Curtin University und ein internationales Team untersuchten Material aus dem rechten Hinterbein mit mehreren mikroskopischen und chemischen Verfahren. Ihre Analyse in den Proceedings of the National Academy of Sciences konzentrierte sich auf winzige Strukturen in den früheren Gefäßkanälen des Knochens. Dort lagen ellipsoide Körper, deren Lage und chemische Zusammensetzung zu Blutbestandteilen passen.
Das Fossil stammt aus einer Gipsmine im Nordosten Brasiliens und wurde bereits lange vor dieser Untersuchung geborgen. Der junge Theropode war beim Tod noch nicht ausgewachsen; sein Skelett war deshalb für eine klassische Größenrekonstruktion interessant, wirkte äußerlich aber keineswegs wie ein außergewöhnliches Weichteilfossil. Gerade dieser Kontrast macht den Fund bemerkenswert. Ähnlich unscheinbare Stücke in Museumssammlungen könnten chemische Informationen enthalten, die mit bloßem Auge nicht zu erkennen sind. Ein jüngeres Beispiel dafür, wie viel neue Forschung aus älteren Sammlungen entstehen kann, ist ein Fossil aus Surrey, das erst nach erneuter Untersuchung als eigene Dinosaurierart erkannt wurde.
Unter dem Elektronenmikroskop stießen die Forscher auf kleine rundliche bis ovale Gebilde in Kanälen, die im lebenden Tier Blutgefäße aufgenommen hatten. Allein ihre Form würde für eine sichere Zuordnung nicht ausreichen, weil Kristalle, Mikroben oder spätere mineralische Prozesse zellähnliche Strukturen erzeugen können. Deshalb kombinierte das Team die Bildgebung mit räumlich aufgelösten chemischen Messungen. Eisen, Kohlenstoff und Stickstoff lagen dort gemeinsam mit Signalen vor, die zu Häm passen. Diese Kombination ist deutlich aussagekräftiger als ein mikroskopisches Bild ohne chemischen Kontext.
Besonders wichtig war der Vergleich mit dem umgebenden Gestein. Außerhalb des Knochens dominierten chemische Spuren von Chlorophyll und Bakteriochlorophyll, also Pigmenten photosynthetischer Mikroorganismen. Im Knochen selbst sah das Muster anders aus: Dort fanden die Analysen vor allem Häm B sowie veränderte Abbauprodukte dieses Moleküls. Damit spricht die Verteilung gegen eine einfache Erklärung durch nachträgliche Verunreinigung aus dem Sediment. Das Team wertet die räumliche Trennung als Hinweis darauf, dass die Blutchemie tatsächlich vom Tier stammt.
Die mutmaßlichen Blutkörperchen bestehen heute nicht mehr aus weichem Zellmaterial. Sie sind mineralisiert und enthalten Hausmannit, ein Manganoxid, das während der Fossilbildung in den Strukturen auskristallisiert ist. Nach dem Modell der Autoren stabilisierte diese frühe Mineralisierung die ursprüngliche Form, bevor biologische Gewebe vollständig zerfielen. Aus einer lebenden Zelle wurde so ein mineralischer Abdruck, in dessen unmittelbarer Umgebung Teile der ursprünglichen Molekülchemie erhalten blieben.
Für eine solche Erhaltung braucht es eine besondere Abfolge nach dem Tod. Der Kadaver geriet offenbar rasch in ein sauerstoffarmes, mikrobiell aktives Milieu, wahrscheinlich in Verbindung mit einer dichten Mikrobenmatte. Dort liefen Zersetzung, Mineralbildung und chemische Umwandlung gleichzeitig ab. Mikroorganismen können Fossilien normalerweise schnell umgestalten oder organische Moleküle abbauen, unter bestimmten Bedingungen aber auch indirekt Strukturen fixieren. Wie stark Mikroben bestimmen, welche Weichteile überhaupt fossilisieren, behandelt auch eine aktuelle Arbeit über Bakterien und die Erhaltung früher Tierkörper im Fossilarchiv.
Häm ist der farbgebende, eisenhaltige Kern des Hämoglobins und bindet in roten Blutkörperchen Sauerstoff. Die Forscher trennten Moleküle aus dem Fossil mit Flüssigchromatografie und bestimmten sie anschließend per Massenspektrometrie. Dabei erschien Häm B als dominierende Tetrapyrrol-Verbindung des Knochenextrakts. Zusätzlich fanden sie chemisch veränderte Varianten, die plausibel während der langen Einbettung entstanden sind. Solche Abbauprodukte sind für die Interpretation wichtig, weil ein Fossil gerade nicht wie eine frisch konservierte biologische Probe aussehen sollte.
Auch Aminosäuren, die zum Protein Kollagen passen, wurden nachgewiesen. Kollagen bildet bei Wirbeltieren einen wesentlichen Teil der organischen Knochenmatrix und zerfällt normalerweise lange bevor ein Fossil sein heutiges Alter erreicht. Der Fund bedeutet dennoch nicht, dass vollständige Kollagenfasern oder intakte Hämoglobinmoleküle unverändert überdauert haben. Die Messungen erfassen vielmehr erhaltene Bausteine und Molekülreste, die gemeinsam mit ihrer Position im Fossil eine biologische Herkunft stützen.
Die Interpretation als rote Blutkörperchen ist nicht unumstritten. Die Paläontologin Mary Schweitzer von der North Carolina State University weist darauf hin, dass rote Blutkörperchen von Vögeln und Reptilien einen Zellkern besitzen und deshalb gewöhnlich eine charakteristische Wölbung zeigen. Einige der neuen Strukturen erscheinen dagegen eher eingedellt. Schweitzer hält den Nachweis von Häm und Kollagenbestandteilen für überzeugender als die morphologische Zuordnung der einzelnen Körperchen.
Genau darin liegt die wissenschaftliche Trennlinie zwischen einem starken chemischen Befund und einer weiter diskutierten Zellidentität. Die Studie zeigt sehr überzeugend, dass blutbezogene Molekülspuren im Inneren des Fossils vorkommen. Ob jede beobachtete Struktur tatsächlich die mineralisierte Form eines ursprünglichen roten Blutkörperchens ist, muss mit weiteren Exemplaren und ergänzenden Methoden geprüft werden. Besonders aussagekräftig wären unabhängige Funde, bei denen Zellform, Mineralverteilung und Häm-Signaturen erneut gemeinsam auftreten.
Das Team versucht inzwischen, den vermuteten Erhaltungsweg experimentell nachzustellen. Dafür werden moderne Blutproben mit mikrobiellen Matten aus Shark Bay in Westaustralien zusammengebracht, um zu beobachten, ob vergleichbare Mineralstrukturen entstehen. Gelingt eine solche kontrollierte Fossilisierung, ließe sich genauer verfolgen, welche Moleküle verschwinden, welche chemisch umgebaut werden und wie Hausmannit die Form biologischer Strukturen beeinflusst.
Für Museumssammlungen eröffnet die Methode ebenfalls eine neue Perspektive. Viele Dinosaurierknochen wurden ursprünglich wegen ihrer Anatomie gesammelt und nie auf winzige organische oder mineralisierte Zellreste untersucht. Moderne Raman-Spektroskopie, Elektronenmikroskopie und hochauflösende Massenspektrometrie können heute Informationen sichtbar machen, die bei der Bergung technisch unerreichbar waren. Besonders interessant sind dabei unscheinbare Knochen aus gut dokumentierten Sedimenten, weil ihr geologischer Kontext hilft, spätere Verunreinigungen von ursprünglichen Signalen zu unterscheiden.
Der nächste Schritt ist daher weniger die Suche nach einem spektakulär aussehenden Fossil als eine systematische Prüfung geeigneter Altbestände. Bestätigen weitere Dinosaurierknochen dieselbe Kombination aus Gefäßlage, Mineralisierung und bluttypischen Molekülen, könnten Paläontologen künftig Fragen zu Sauerstofftransport, Stoffwechsel und Gewebechemie ausgestorbener Tiere mit einer zusätzlichen Datenquelle untersuchen. Offen bleibt vor allem, wie häufig dieser Erhaltungsweg in anderen Ablagerungsräumen tatsächlich vorkommt.
Proceedings of the National Academy of Sciences, Heme signatures in mineralized red blood cells within vascular canals of a 115-million-year-old dinosaur bone; doi:10.1073/pnas.2614248123
Curtin University, Dinosaur blood – oldest discovery rewrites what fossils can reveal about the past
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